STL学习小记--与C++模板相关的几个特性

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STL学习小记--与C++模板相关的几个特性

陈惊蛰 2013-04-12 15:37:00 浏览308
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先谈谈模板在我脑子里的典型吧

template<class T>
const T& GetMax(const T& t1, const T& t2)
{
    return t1>t2?t1:t2;
}

如上面的代码,这是一个模板函数(template function)。要使用这个函数,传入的参数必须满足>运算符的条件。在C#中有where关键字,很可惜C++的模板没有这种限制。

而据说BS本人也一再声明C++的模板不需要这种限制,作为一个初学者,其中缘由就不得而知了。

template并非一次编译便生成适合所有类型的代码,而是针对被使用的某个(组)类型进行编译。这导致一个很严肃的问题:实际处理template的时候,面对template function,必须先提供一个实际的例子,然后才能调用,这样才能通过编译。所以使用template function的话,需要将整个函数定义在头文件中,在别处使用也需要提供源码。C++标准中似乎有对于使template运行可移植性的方法(编译成dll),但是貌似我使用的编译器都不支持。

模板和宏在功能上相似,这类的问题经常引起大神们的口水战,吾辈且避之。

下面登记下模板中使用的几个特性:

1, Nontyoe Template Parameters(非类型模板参数)

第一次遇到这个是在学习STL的bitset的时候。后来发现很多书在引入这内容的时候都是拿bitset举例。

bitset<32> bs32;

作为初学者的我,刚见到的时候非常疑惑,原来模板还有这种用法,可是这种方式来初始化构造的话,为什么不直接用构造函数呢?就像是建一个32长度的数组一样的方式啊。

可是,32长度的数组不是一个类型,同样,用构造函数创建的32长度容器也不是某一类型,而是某一类型的实例。而bitset<32>则是一个类型,档次果然就不一样了呀。

即是说,如果继续声明一个bitset<32> bs32X;那么bs32X和bs32的类型是一样的,用RTTI来鉴别,typeid就是一样的。这样bs32和bs32X是允许相互赋值的。

而如果声明一个bitset<33> bs33; 那就不是同一类型了。

嗯,模板类是在类级别,而一个是在实例级别,档次呀档次。。。

2,Default Template Parameters(缺省模板参数)

C++允许函数有缺省参数, 很方便地, 也允许模板参数有缺省值

比如下例:

template <class T, class NT= int>
class P
{
public:
    T m_t;
    NT m_nt;
};

这样在使用的时候,即使只是定义

void f()
{
    P<int> p;   
    //...
}

这样也会被默认为P<int, int>的类型。很方便地特性,和函数缺省参数一样,能减少不少代码量。

3, typename

定义一个模板类或是模板函数的时候,需要制定类型的名字,使用T似乎已经是一种潜规则了。

而T前面可以使用typename,也可以使用class来表示后面的标识符是一个类型名。

而关键字typename还可以被用来作为类型前的标识符号。

比如:

template <class T>
class P
{
    typename T::MyType* pT;
};

如果不使用typename关键字,按照C++的一般规则,除了typename修饰之外的任何template中的标识符都被视为一个值而非一个类型,所以编译器就会认为MyType是T中的一个成员,这一行被解释为MyType和pT相乘。调用语句写在类定义中编译器就要报错了。

使用上面的类模板,传入的模板参数必须满足类型中定义了MyType类型,可以使用typedef,可以直接定义class。

4, Member Template(成员模板函数)

全局函数可以是一个template, 同样C++也允许类成员函数是一个template。但是这样的成员函数不能使虚函数,而且也不能有缺省参数。(话外音:那不就是一个带this指针参数的全局函数而已吗?)

比如:

class A
{
public:
    template<class T>
    void f(T t)
    {
           //...
    }
};

然后使用的时候只需要实例化一个A类型的变量就能对各种适用的类型使用f函数了。f函数的具体实现不影响A类型,相当方便。

另外需要提到的是,这个特性常常会被用来作为模板类之间类型转换。

如同在第一个特性中提到的,根据模板参数的不同,类型也会不同,比如MyClass<int>和MyClass<double>属于两个不同的类型,那么两者之间是不能直接转换的,即使int可以转换为double。为了满足这种懒惰成性的需求,就可以使用这个特性。

如下代码:

template <class T>
class A
{
public:
    T m_value;
    
    A():m_value(){}
    A(const T& t){m_value = t;}
    template<class T2>
    void Parse(const A<T2>& t)
    {
        this->m_value = t.m_value;
    }
};

int main()
{
    A<int> a1(102);
    A<double> a2(12.222);
    A<char> a3('a');
    a1.Parse(a2);
    cout<<a1.m_value<<endl;//输出12
    a2.Parse(a3);//字符'a'将转化为ASCII码
    cout<<a2.m_value<<endl;//输出97
    system("pause");
}

其实这里既然是int转double,那么也可以做成直接用a1来初始化a2。也就是在a2的构造函数中使用a1作为参数。(话外: 构造函数也是成员函数,满足非虚函数亦没有缺省参数的条件)

template <class T>
class A
{
public:
    T m_value;
    
    A():m_value(){}
    A(const T& t){m_value = t;}
    template<class T2>
    A(const A<T2>& t){m_value = t.m_value;}
};

int main()
{
    A<int> a1(97);
    A<int> a2(a1);
    A<char> a3(a1);
    cout<<a1.m_value<<endl;//97
    cout<<a2.m_value<<endl;//97
    cout<<a3.m_value<<endl;//a
    system("pause");
}

这里a2构造的时候调用的是默认的拷贝构造函数,而a3构造的时候使用的是模板拷贝构造函数。

5, Nested Template(嵌套模板类)

 类中定义的函数可以是模板函数,类中定义的嵌套类也可以是个模板类。

template <class T>
class MyClass
{
    //...
public:
    template <class T2>
    class NestedClass
    {
        //...
    };
};

另外的注意点

面试题是个很有意思的东西,往往能遇到许多稀奇古怪的状况。以前曾在面试中遇到这样的问题:

int* pI = new int;

int* pI2 = new int();

上面两行代码有什么区别。

我大学汇编是玩NDS上课的,所以无法从那个方向去分析。只是根据实际使用来猜想, 前者分配了空间却没有初始化值,后者分配了空间并初始化值。

这和下面的情况相似(貌似使用自定义类型的时候不一定了):

int i;        //undefined value

int i2 = int();  //initialized with zero

这是基本类型int,那么自定义类型呢?

自定义的class有时候不会显式地定义一个构造函数。

struct XX
{
    //XX():n(){}
    int n;
};

int main()
{
    XX* pX1 = new XX;
    XX* pX2 = new XX();
    cout<<pX1->n<<", "<<pX2->n<<endl;
}

输出的结果是一个未初始化的值和0

那如果自定义的类型已经有一个无参构造函数了呢?那就会调用这个无参构造函数来初始化了。

所以,以后一定要养成定义一个无参构造函数并初始化成员的好习惯啊%>_<%

那么,使用模板的时候呢,使用这个语法可以保证该类型实例能被初始化为一个确切的初值。

摘自:ISO/IEC 14882:2003(E) 5.3.4 - 15
— If the new-initializer is omitted:
      — If T is a (possibly cv-qualified) non-POD class type (or array thereof), the object is default-initialized(8.5). If T is a const-qualified type, the underlying class type shall have a user-declared default constructor.
      — Otherwise, the object created has indeterminate value. If T is a const-qualified type, or a (possibly cv-qualified) POD class type (or array thereof) containing (directly or indirectly) a member of const-qualified type, the program is ill-formed;
— If the new-initializer is of the form (), the item is value-initialized (8.5);

 

 

 

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